デジタルでイコライジングすることの限界

前回は「あれこれ弄っている中で、いかにデジタルといえどもイコライザの限界も理解できるようになってきました。世間で今も根強くあるイコライザへの不信感は、そう言う限界を超えたところで使われることによって生み出されたのではないかと思うようにもなってきました。」などと思わせぶりな事を書いてしまいました。
しかし、中味の方は、分かっておられる方には「今さらそんなことに気づいたのか！」とお叱りを受けそうなレベルの話です。お付き合いいただいてもがっかりされるかもしれませんので、それは最初にお断りしておきます。m(_ _)m

よく言われることですが、イコライザはとても便利な機器なのですが音質を劣化させると言われてきました。確かに、アナログ時代の安物イコライザなんかだと音が歪んだりSN比が大幅に低下したりしました。しかし、デジタルのイコライザをデジタル領域のど真ん中で使えば、たかだか2万円程度の「DEQ2496」であっても、音質の劣化はほぼ皆無の状態で周波数特性をほぼフラットにしてくれます。
この一ヶ月の試行錯誤の中で、その事に関しては確認できました。
しかし、あれこれ使っているうちに、非常に微妙な症状なのですが、時と場合によっては音の勢いが失せる傾向があることにも気づかされました。

もう少し具体的に報告しましょう。

私は基本的にクラシック音楽しか聞きません。しかし、何かの拍子で「J-POP」を聞くこともあって、上で述べた「時と場合」というのはこの「J-POP」を聞いたときのことでした。
クラシック音楽を聴いていたときはほとんど気にならなかったのですが、多くの「J-POP」においてはインジケーターのレッド表示がつきっぱなしになってしまいます。インジケーターがレッド表示になるのはオーバーライドの時です。

通常のCD規格は16ビットですから、音量の大小は2の16乗通りのレベルで記録が可能です。2の16乗を計算すると65,536ですから、全くの無音が「0」、記録可能な最大のブッチャキ大音量が「65,536」ということになります。正確さには欠けますが、図式的表現すると、細長い筒にボールを投げ込んでいく様子を思い浮かべてくれるといいのでしょうか。
こんな感じです。

ボールが一つも入っていない状態が無音で、そこにボールが入っていくごとに音量が上がっていきます。しかし、投げ込むことができるボールの数には限界があって、それが65,536個と言うことです。

ついでながら、ハイレゾ音源などで24ビットとか32ビットという事がよく言われます。あれは、この筒に投げ入れるボールが小さくなったと思えばいいようです。24ビットだとボールが小さくなったおかげで「16,777,216個」のボールを投げ込むことができます。32ビットだと「4,294,967,296個」です・・・ね（たぶん＾＾；）。
ですから、ビット数が上がったからと言って記録できるブッチャキ音量の上限が上がるのではなくて、無音とブッチャキ大音量の間がよりきめ細かく記録されていると理解しないといけません。

＜追記＞

「ボールに例えた図がとても分かり易くて、記事内容がすんなりと入ってきて素晴らしい記事です。」というお誉めをコメント欄でいただきました。
困った。（＾＾；
なぜなら、このあたり面倒くさいのでかなり端折って説明しているからです。ですから、もう少し説明を補足しておきます。

人間の可聴帯域が20Hzから20KHというのはよく知られています。しかし、意外と知られていないのが人間の耳のダイナミックレンジです。言葉をかえれば、どこまで「小さな音」を「音」として聞き分けられるのか、逆にどこまで「大きな音」に耐えられるのか、その幅を「人間の耳のダイナミックレンジ」と表現します。
このダイナミックレンジは一般的に120dBと言われています。
人によっては130dBに近い人もいるそうです。個人差があります。

つまり、人間が音を音として関知できる最小レベルが0dBで、鼓膜が破れる寸前の限界レベルのブッチャキ音量が120dBというわけです。ちなみに、0dBと120dBでは音の大きさの違いは「1：1000000」になります。（20dBで10倍になります。）

さて、ここから問題です。
デジタル情報はこの人間の耳が持つダイナミックレンジをフォローできているのでしょうか？
答えはイエスでもありノーでもあります。

ここからは少しばかり数式にお付き合いください。
デジタル情報の1ビットは概ね6dBのダイナミックレンジにあてはまります。
ですから、CD規格の16ビットだと「16×6」でダイナミックレンジは96dBです。つまりは人間の耳のダイナミックレンジである120dBはフォローできていません。
しかし、24ビットで記録すれば「24×6」でダイナミックレンジは144dBとなって、これは悠々と人間の耳のダイナミックレンジをフォローできることになります。
デジタル情報は器としては人間の耳のダイナミックレンジをフォローしきるクオリティを持っていますが、CD規格ではそのクオリティを十分に発揮できていないと言うことになります。それが、「イエスでもありノーでもある」という答えになるわけです。

ですから、CD規格の16ビットで限界いっぱいのブッチャキ音量を記録すると、「120－96」で24dBがノイズに埋もれてしまうことになります。一般的に「木の葉のふれあう音」が20dBとされていますので、そのレベルの幽かな音がノイズに埋もれてしまうわけです。つまりは、そう言う微かな音が音として記録できないのです。

これは一見すると困ったことになりそうな雰囲気です。
しかし、PA機器の故障でもなければ、実際の音楽シーンで人間の鼓膜を破るようなブッチャキ大音量が轟くことは考えられません。
クラシック音楽の世界ならば一番大きな音が鳴り響くオーケストラであってもせいぜいが80dB程度だと言われています。
つまりは、音楽というものは一般的に「人間の耳のダイナミックレンジ」の全てを使って鳴り響くことはないので、現実的には16ビットもあれば充分とも言えるのです。

しかし、音楽が24ビットで記録されていれば限界のブッチャキ音量から人間が音として関知できる最小レベルの音まできっちりと記録できるのですから、精神衛生的には非常によろしいことは明らかです。
その事を、「ビット数が上がったからと言って記録できるブッチャキ音量の上限が上がるのではなくて、無音とブッチャキ大音量の間がよりきめ細かく記録されている」と端折った形で表現したわけです。

なお、32ビットで記録されていればダイナミックレンジは「32×6」で192dBにもなります。
どう考えても、これは無駄なオーバークオリティのように見えます。しかし、これが決して無駄なオーバークオリティとは言えないことに気づくようになるのですが、それは次回の話となります。

＜追記終わり＞

話を16ビットに戻します。
当然のことですが、市販されているCDならば筒の中のボールの数が16ビット、つまり65,536個を超えることは絶対にありません。当然のことです。
ところが、このCDに記録されたデータをイコライザでイコライジングすると、減衰させられたりブースとされたりします。
まずは、話を分かりやすくするためにブーストされた場合のことを考えます。

通常、クラシック音楽のCDというのは音量的にはかなり控えめに記録されてます。それは、ブッチャキ大音量の部分と精妙なピアニシモの部分が両立しなければ音楽の魅力が伝わらないからです。ですから、オーケストラがトゥッティで鳴り響くようなところは限界近くまでデータを詰め込んでいても、それ以外の部分はかなり控えめに記録されています。と言うか、この間の経験から言うと、大部分のクラシック音楽の録音においてはトゥッティの部分であってもそれなりに余裕をもって録音をされている場合が少なくありません。
ですから、そう言う余裕を持って控えめに録音されたデータをブーストしても基本的にはあまり困ったことにはなりません。

こんな感じでです。

しかし、最近の「J-POP」はラウドネス競争に巻き込まれて、曲の始めから終わりまでほぼ限界近くまでボールが詰め込まれています。ラウドネス競争についての詳細はこのあたりをご覧いただければと思いますが、そのココロを簡単に言ってしまえば、「大きい音はいい音だ！！」です。そして、演奏する側もできる限り迫力のある音楽にしてユーザーの注意を引こうとする傾向があるようで、ミキシングが終わってみると全曲が上限いっぱいの数デシベルの範囲に収まっていた・・・なんてことは日常茶飯事です。

そういうCDのデータをイコライジングすると、こんな感じで困ったことになります。

つまり、ブースとされたデータが筒の中に入りきらずにあふれてしまうのです。これが「オーバーライド」とよばれる現象です。
「DEQ2496」はこの「オーバーライド」が起こるとアンプやスピーカーを保護するために自動的にリミッターが働きます。瞬間的にレッドゾーンに突入するくらいなら聴感上はほとんど問題は感じないのですが、ずっと赤いままだと明らかに寸詰まりの音になります。

ちなみに、「DEQ2496」のリミッター機能はどこをどう弄っても基本的に解除されないようになっています。当然と言えば、当然ですが、そうなるとこの「オーバーライド」の状態を改善するためには、全体的にゲインを下げる必要があります。
この全体的にゲインを下げるという機能は「DEQ2496」は「UTILITY」メニューの1ページ目にある「GAIN OFFSET(EQ)」で設定が可能です。

「GAIN OFFSET(EQ)」の落とし穴

初期設定は「0．0」ですが、ここから0．5dbステップで増減させることができます。
理屈から言うと、GEQ（グラフィック・イコライザ）とPEQ（パラメトリック・イコライザ）でブーストした和を少し上回る程度の量を減衰しておけばいいことになります。
当初はどうしても消せない大きな谷があったので、GEQ（グラフィック・イコライザ）は+9db、PEQ（パラメトリック・イコライザ）は+2dbが一番大きなブースト量でした。ですから、「GAIN OFFSET(EQ)」で12dbも絞ればオーバーライドは起こらなくなりました。

ところが、この状態で再生すると、なんだか音楽に元気がないのです。音質が劣化しているという感じはあまりしないのですが、なんだかこぢんまりと小さくまとまったような感じになるのです。
最初は気のせいかと思ったのですが、あれこれ聞いているうちに、やはり「気のせい」ではないと確信するようになってきました。何故ならば、レッドゾーンを覚悟で「GAIN OFFSET(EQ)」の減衰量を4db程度まで下げると、明らかに音楽に勢いが出てくるのです。

ここまでくると、さすがに鈍な私でも気がつきました。

ビット落ちです！！

アナログ信号でボリュームを下げるというのは一般的には抵抗を挟むことで電圧を下げることによって実現します。
しかし、デジタルの場合は音量は筒の中に入っているボールの数で表現されますから、音量を下げるときはボールの数を減らすしかありません。もっと有り体に言えば、情報を削ることによって音量を絞ります。
ちなみに、音量を半分にするためには6db絞る必要があるのですが、デジタルでこれを実現するためには1ビットを削る必要があります。私が最初に設定した12dbの減衰（ちなみに音量は4分の1になります）だと2ビットも情報を削っていたことになります。
つまりは16ビットのデータが14ビットになってしまっていたのです。これを世間では「ビット落ち」と言っています。

一見すると、16ビットが14ビットになるのだったら大した差はないように見えますが、筒に入るボールの数に置き換えてみると「たいしたこと」であることが容易に理解されます。

• 16ビット→65,536個
• 14ビット→65,536個÷2÷2＝16,384

もしも、その筒にフルにボールが入っていた状態ならば、16ビットから14ビットへとビット落ちすると、「65536-13384=49152」で49152個のボールが捨てられることになるのです。つまりは、捨てられるボールの数は残っているボールの数の3倍になるのです。
もちろんビット落ちは周波数特性にはそれほど大きな影響を及ぼしませんので、その面での音質劣化はあまり感じません。しかし、ボールをこれだけも削ってしまえば音楽のダイナミズムが損なわれること、さらに言えば、無音とフルの間を65536通りで表現していたものが4分の1の16384通りになるのですからSN比は大きく低下して、その部分での音質の劣化が起こることは理論的にも容易に察しはつきます。
そして、その察しは理論だけではなく実際の聴感上においても否定しきれなかったわけです。

これは困ります。どう考えても放置はできません。
そこで、さらに測定と微調整を繰り返して、GEQ（グラフィック・イコライザ）によるブーストは最大で4．5dbまでに丸め込みました。
スピーカーのセッティングを少し見直し、さらにはスピーカーの後ろに籐製の衝立をおきました。この籐製の衝立は母の介護を在宅で行っていたときに使っていたもので、高さ2メートル、幅50㎝のパネルが5つ連結されているかなり大型でがっしりしたものです。
さらにはもう一息つぶしたい山や谷もあったのですが、目をつぶるところは思い切って目をつぶりました。
さらにPEQ（パラメトリック・イコライザ）によるブーストも2dbから1．5dbに切り詰めて、最終的に「GAIN OFFSET(EQ)」による減衰は4dbにとどめました。

それでもビット落ちは起こっているのですが、この程度の減衰であれば聴感上はほとんど気にならないレベルです。
しかし、精神衛生的には気分は良くありません。いや、気分だけでなく、たまにオーバーライド覚悟で全く減衰させない状態で聞くと音楽の元気が違うような気もします。例え4dbであってもビット落ちの影響は否定しきれないような気がします。
どこかのサイトに、CDの音質を担保するためには13～14ビットもあれば充分と書いていましたが、個人的には人間の聴覚はもう少し鋭敏ではないかと思います。

さらに言えば、ここまでは話がややこしくなるのであえてふれないできたのですが、GEQ（グラフィック・イコライザ）はブーストだけでなく減衰もしています。減衰している部分ではオーバーライドは絶対に起こらないので問題はないように見えるのですが、「GAIN OFFSET(EQ)」による減衰の影響をもろに受けることに気づかされました。

このあたり、理論的には正しいのかどうかは自信がないのですが、シンプルに考えれば、GEQ（グラフィック・イコライザ）で減衰している部分は「GAIN OFFSET(EQ)」による4dbの減衰がそのまま加算されるような気がします。もしも、この単純な推論が正しければ、たとえ「GAIN OFFSET(EQ)」による減衰を4dbに抑え込んでも、部分的にはそれよりも大きな減衰を強いられている部分があることになります。
私の場合はGEQ（グラフィック・イコライザで最大で5db減衰していますから、この部分に関しては合算で9dbも減衰していることになります。9dbの減衰と言えばかなり大きなビット落ちになってしまいますから、そうなると「たまにオーバーライド覚悟で全く減衰させない状態で聞くと音楽の元気が違うような気もします。」というのも気のせいとは言い切れなくなります。

これらのことから、結論として言えることは、例えデジタルであってもイコライザはできるかぎり控えめに使うことが重要なようです。何故ならば、極端な使い方をすると大きなビット落ちを招いてしまうからです。

ところが、ネット上を散見すると、「DEQ2496」を導入しても「AUTO EQ（自動補正）」しか使っていないという人が多いようです。そんな人は次のような悪の連鎖になってはいないでしょうか。

1. 「DEQ2496」は初期設定では±15dbの範囲で補正しますのでかなり極端な補正がかかることになる。
2. その状態で「J-POP」などをメインで聞くとレッドゾーンにふれっぱなしになってしまう。
3. 仕方がないので「UTILITY」メニューの「GAIN OFFSET(EQ)」機能でドンと絞り込むことでそれを回避する。
4. 表面的にはこれで目出度し目出度しとなるのですが、肝心の音楽の方は妙におとなしくこぢんまりとしてしまってつまらないものなってしまう。
5. 結果として、イコライザを挟むと結局は音の勢いがなくなってしまうので「あんなものは駄目だよ」となってしまう。

最初に述べた「世間で今も根強くあるイコライザへの不信感」は、こういう文脈の中で生み出されているのではないかと思った次第です。
もう一度繰り返しますが、例えデジタルであってもイコライザは控えめに使うことが重要です。

しかし、ココロの中には、このビット落ちの問題をもう少し何とかできないものかという思いはあります。そして、思いだけでなく、いろいろと馬鹿げたチャレンジを繰り返している最中です。
前回の最後に「現時点で持ちネタは3つほど・・・＾＾ｖ」と書いたうちの一つが、この馬鹿げた試行錯誤です。もう少しやってみてから報告したいと思います。